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《西安理工大学》 2000年
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黄土结构性模型及黄土渠道的浸水变形试验与数值分析

胡再强  
【摘要】:本文通过室内原状黄土、人工制备结构性黄土所进行的侧限压缩及浸水试 验,常规三轴剪切试验,等应力比试验,不同应力水平下三轴浸水变形试验, 等吸力三轴剪切实验,充分扰动饱和黄土的三轴压缩试验及原状黄土中土─水 特征曲线的量测试验,研究了非饱和黄土结构性及其影响因素以及黄土结构特 性对其力学特性的影响。并借助原状黄土试样和三轴浸水变形试样的微观电镜 扫描分析,研究了非饱和结构性黄土的湿陷机理、显微结构与黄土湿陷性的关 系。 在以上室内试验的基础上,应用充分扰动饱和粘土的稳定孔隙比和稳定状 态原理,根据不可逆变形系由团块之间的滑移和团块的破碎两种机理所引起的 概念,在土体损伤演化定律的条件下,建立了非饱和黄土的屈服函数和损伤函 数。最终,得到了非饱和原状结构性黄土的结构性数学模型。用本文所提出的 本构模型编制数值计算程序,并对侧限压缩试验、单轴湿陷试验和不同应力水 平下的三轴浸水变形试验进行了验证及分析,计算结果和试验结果比较接近。 为了研究湿陷性黄土渠道浸水后的变形和破坏规律及其进一步验证本文所 提出的黄土结构性数学模型的合理性和正确性,本文作者应用人工制备结构性 黄土制成模型渠道,在离心机上研究了模型渠道浸水变形、模型渠道坡体土体 中吸力变化及浸湿发展过程,揭示了湿陷性黄土渠道在浸水过程中渠道边坡变 形破坏的形式、破坏机理及其影响因素。 根据本文所提出的黄土结构性本构模型和室内试验结果,采用单相孔隙流 动的假定,编制了分析计算非饱和黄土固结的平面问题的有限元程序,有限元 计算中应用了黄土结构本构模型,进行了两种不同方案的非饱和结构性黄土渠 道模型离心试验的有限元数值模拟,计算得到了渠道边坡土体中吸力随时间变 化曲线,模型渠道浸水变形关系,模型渠道边坡土体中浸湿峰面随时间的发展 关系曲线,计算结果与离心模型试验的实测结果比较接近。说明非饱和黄土的 结构性模型和采用单相孔隙流动的方法编制的有限元数值计算程序能够正确计 算和合理模拟非饱和黄土的结构性和湿陷性等力学特性。本文提出的本构模型 和有限元分析方法为通过数值模拟预测黄土渠道和其它黄土工程在受力和浸水 共同作用下的变形提供了一个有希望的前景。
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